2.2.2 Визначення несучої здатності палі за результатами статичного зондування Запитання для самоконтролю

1. Класифікація та межі застосування пальових фундаментів [1-4, 7, 9, 11, 12].

2. Класифікація паль [1-4, 7, 9, 11, 12].

3. Визначення несучої здатності набивних і забивних паль-стояків по грунту [7].

4. Визначення несучої здатності набивних і забивних паль-стояків по матеріалу ствола [9, 11, 12].

5. Визначення несучої здатності паль на висмикуюче навантаження [7].

6. Як при розрахунку палі на сумісну дію вертикальної, горизонтальної сил та згинального моменту враховуються пружні властивості грунту [7, 11, 12].

7. Як визначається згинальний момент в рівні голови палі при багаторядному і однорядному розміщенні паль в ростверку [11, 12].

8. Як визначають переміщення голови палі при розрахунку на сумісну дію вертикальної, горизонтальної сил та згинального моменту [11, 12].

9. Як перевіряється стійкість грунту, що оточує палю, при дії горизонтального навантаження [11, 12].

10. Як визначають внутрішні зусилля в стволі палі при сумісній дії вертикальної, горизонтальної сил та згинального моменту [11, 12].

11. Визначення несучої здатності паль за результатами польових випробувань. Методи і область їх застосування [2-4, 7, 12, 22].

12. В чому полягає метод статичного зондування [2, 12, 22].

13. Для визначення несучої здатності яких паль можна використати результати статичного зондування [2, 12, 22].

14. Які типи зондів використовують для визначення граничного опору паль [2, 12, 22].

15. Як за результатами статичного зондування визначити граничний опір палі [12, 22].

16. Як за результатами статичного зондування визначити несучу здатність палі [12, 22].

3 Теорія граничного напруженого стану грунтів і її використання

Питання, які виносяться на СРС:

1. Визначення граничного критичного тиску на грунт графомана-літичними методами.

2. Визначення стійкості укосів графоаналітичними методами.

3. Розрахунок підпірних стін.

3.1 Стислий виклад теми та методичні вказівки до її вивчення

Графоаналітичні методи визначення стійкості основи.

При оцінці граничного критичного тиску на грунт та стійкості основи малозаглиблених та фундаментів мілкого закладання припускають можливість виникнення глибинного зсуву. Цей зсув полягає в тому, що споруда з деяким масивом грунту зміщується по криволінійній поверхні ковзання.

Графоаналітичні методи оцінки несучої здатності або стійкості основи використовуються при складних розрахункових схемах системи фундамент-основа, для яких аналітичні методи не розроблені [5, 6, 11].

Графоаналітичні методи моделюють поверхню зсуву кругло-циліндричними, ламаними або плоскими поверхнями і використовуються у випадках:

• основа неоднорідна за глибиною і площею;

• привантаження основи з різних сторін фундаменту неоднакове, при цьому інтенсивність більшого з них перевищує 0,5R (R – розрахунковий опір грунту основи);

• споруда розташована на схилі або поблизу укосу;

• можливе виникнення нестабілізованого стану грунтів основи.

Вибір можливих поверхонь зсуву слід виконувати виходячи з геологічної будови товщі грунтів основи і з врахуванням конструктивних особливостей споруди і діючих навантажень. При розрахунку розглядається стійкість відсіку грунтового масиву проти його зсуву разом з фундаментом або спорудою.

Виділений відсік грунтового масиву розбивається на n елементів з вертикальними границями між ними так, щоб в основі кожного з цих елементів (на розгляданій поверхні) розрахункові значення характеристик міцності грунту (φ_І та с_І) були постійними. Умова стійкості визначається при розгляді граничної рівноваги кожного елемента і всього відсіка в цілому.

В більшості випадків при використанні графоаналітичних методів граничне значення критичного тиску на грунт не визначається, а обчислюється коефіцієнт стійкості k, значення якого для всіх можливих поверхонь ковзання повинно бути не менше 1,2.

Найбільш розповсюдженим є метод, заснований на допущенні кругло циліндричних поверхонь ковзання. Цей метод достатньо точний і найбільш універсальний, перевірений практикою. Коефіцієнт стійкості для стрічкового фундаменту при прийнятій поверхні ковзання обчислюється за формулою, в якій моменти дані на 1 м довжини фундаменту [11]:

(3.1)

де ΣМ_sr та ΣМ_sа – суми моментів сил, що зсувають, і утримуючих сил відносно центру обертання;

r – радіус поверхні ковзання;

b – ширина вертикальних елементів, на які ділиться відсік, що зсувається;

р_і – середній тиск (в межах ширини елемента) на грунт від споруди без урахування протитиску води, визначений з урахуванням позацентрового стиснення;

h_i – середня висота і-го елементу грунту;

γ_Іі – розрахункове значення питомої ваги грунту в межах і-го елементу з урахуванням виважу вальної дії води;

φ_Іі та с_Іі – розрахункові значення характеристик міцності грунту на поверхні ковзання в межах і-го елементу;

α_і – кут між вертикаллю та нормаллю до поверхні ковзання в межах і-го елементу;

Е_m – рівнодіюча активного тиску m-ого шару грунту на бокову поверхню фундамента (враховується лише за межами відсіку, що зсувається);

l_m – плече сили Е_m відносно центру повороту;

F_v – рівнодіюча вертикальних навантажень на рівні підошви фундаменту;

а – плече сили F_v.

Добуток γ_Іі h_i sinα_i у формулі (3.1) для низхідної частини кривої ковзання приймається зі знаком «+», а для низхідної – зі знаком «-».

Положення центру і радіус найбільш небезпечної поверхні при відсутності зв’язку фундаменту з конструктивними елементами будівлі визначається таким чином (рис. 3.1) [11, 23]. В місці центру імовірної поверхні ковзання проводять горизонтальну лінію І-І. На цій лінії відмічають декілька положень імовірних центрів О₁, О₂, О₃, …поверхонь ковзання і обчислюють для них коефіцієнт стійкості. Через точку А, що відповідає мінімальному значенню коефіцієнту стійкості, проводять вертикальну пряму ІІ-ІІ і на ній відмічають нові імовірні положення центрів О₁´, О₂´, О₃´, … Для кожного з цих центрів знову виконується розрахунок за формулою (3.1). Одержане мінімальне значення коефіцієнту стійкості порівнюють з допустимим значенням.

Рисунок 3.1 – Схема до розрахунку несучої здатності основи за методом кругло циліндричних поверхонь ковзання

а – розрахункова схема; б – зусилля, що діють на і-тий елемент

При наявності зв’язку фундаменту з конструктивними елементами будівлі (перекриттями, анкерами тощо) за центр поверхні ковзання може прийматись точка обпирання фундаменту (наприклад точка обпирання плити перекриття над підвалом для стрічкового фундаменту підвальної будівлі).

Розрахунок підпірних стін.

Активний тиск грунту.

Незв’язний грунт.

В випадку вільної від навантаження нахиленої поверхні засипки і нахиленої тилової грані стіни горизонтальна і вертикальна складові активного тиску грунту на глибині z (рис. 3.2) визначаються за формулами [11, 24]

(3.2)

(3.3)

де γ – розрахункове значення питомої ваги грунту;

ε – кут нахилу тилової грані стіни до вертикалі, що приймається з знаком плюс при відхиленні від вертикалі в бік стіни;

δ – кут тертя грунту на контакті зі стіною, що приймається для стін з підвищеною шорсткістю рівним φ, для дрібнозернистих водонасичених пісків і при наявності на поверхні вібраційних навантажень рівним 0, у всіх інших випадках рівним 0,5φ (тут φ – розрахункове значення кута внутрішнього тертя грунту);

λ_а – коефіцієнт активного тиску грунту:

, (3.4)

де ρ – кут нахилу поверхні грунту до горизонту, що приймається зі знаком плюс при відхиленні цієї поверхні від горизонталі вверх ( ).

Рисунок 3.2 – До визначення активного тиску грунту на стінку:

а – незв’язного; б – зв’язного

Зокрема для гладкої вертикальної тилової грані і горизонтальної поверхні грунту коефіцієнт активного тиску обчислюється за формулою

(3.5)

Рівнодіючі горизонтального Е_аh та вертикального Е_аv тиску грунту для стін висотою Н визначаються як площі відповідних трикутних епюр тиску (рис. 3.2) за формулами

(3.6)

(3.7)

Зв’язний грунт.

Горизонтальна σ_аh´ і вертикальна σ_аv´ складові активного тиску зв’язного грунту на глибині z (див. рис. 3.2) визначаються за формулами

(3.8)

(3.9)

де σ_сh – тиск зв’язності:

(3.10)

тут с - питоме зчеплення грунту;

(3.11)

Якщо значення K, обчислене за формулою (3.11), менше нуля, в розрахунках приймається К=0.

Зокрема при горизонтальній поверхні засипки (ρ=0) і вертикальній задній грані (ε=0) горизонтальна складова активного тиску на глибині z визначається за формулою

(3.12)

Рівнодіючі горизонтального Е_аh´ та вертикального Е_аv´ тиску грунту для стін висотою Н визначаються як площі відповідних трикутних епюр тиску (рис. 3.2) за формулами

(3.13)

(3.14)

де

Тиск грунту на стіни від навантаження на поверхні засипки.

Суцільне рівномірно розподілене навантаження q (рис. 3.3, а).

Рисунок 3.3 – До визначення тиску грунту від навантаження на поверхні засипки

Горизонтальна і вертикальна складові активного тиску грунту на глибині z від суцільного рівномірно розподіленого навантаження q для зв’язних і незв’язних грунтів визначаються за формулами [11, 24]

(3.15)

(3.16)

Суцільне (на всій призмі обрушення) рівномірно розподілене навантаження q, прикладене на відстані а від стіни (рис. 3.3, б).

Горизонтальна σ_qh і вертикальна σ_qv складові активного тиску грунту від такого навантаження визначаються при за формулами (3.15) та (3.16), а при (де θ = 45⁰-φ/2) σ_qh = σ_qv = 0.

Смугове (ширина смуги b) рівномірно розподілене навантаження q, прикладене в межах призми обрушення на відстані а від стіни (рис. 3.3, в).

Горизонтальна σ_qh і вертикальна σ_qv складові активного тиску грунту від такого навантаження визначаються при за формулами (3.15) та (3.16), а при (де θ = 45⁰-φ/2) і σ_qh = σ_qv = 0.

При розрахунках підпірних стін тиск від навантаження на поверхні засипки, обчислений за формулами (3.15) та (3.16), додають до тиску від грунту, обчисленому за формулами (3.2), (3.3) і (3.8), (3.9).

Тиск грунту на кутникові підпірні стіни.

Для кутникових підпірних стін активний тиск грунту на умовну поверхню визначається за двома можливими варіантами:

- для довгої опорної плити у припущенні утворення симетричної призми обрушення (рис. 3.4, а, умовна поверхня аb);

- для короткої опорної плити у припущенні утворення несиметричної призми обрушення (рис. 3.4, б, умовна поверхня аbс).

Рисунок 3.4 – До визначення активного тиску грунту на кутникові підпірні стіни: а – при симетрічній призмі обрушення; б – при несиметричній призмі обрушення

В обох випадках вага грунту, що знаходиться між умовною поверхнею і тиловою поверхнею стіни, додається до ваги стіни в рохзрахунках на стійкість, які виконуються так само, як і для масивних стін: ε= θ = 45⁰-φ/2; δ = φ.

Пасивний тиск грунту.

При горизонтальної поверхні грунту і рівномірно розподіленому навантаженні на поверхні горизонтальна σ_рh і вертикальна σ_рv складові пасивного тиску на глибині z від поверхні визначаються за формулами [11, 24]

(3.17)

(3.18)

де λ_ph – коефіцієнт горизонтальної складової пасивного тиску, що визначається при горизонтальній поверхні грунту за формулою

(3.19)

Зокрема при ε = δ = 0

Розрахунок масивних і кутникових підпірних стін.

Підпірні стіни розраховуються за двома групами граничних станів: за першою групою виконуються розрахунки на стійкість стіни проти зсуву, на стійкість основи (несучу здатність грунту під стіною), на міцність елементів стіни; за другою групою виконуються розрахунки основи за деформаціями і конструктивних елементів стіни за тріщиностійкістю.

Порядок розрахунку наведений у прикладах п.п. 3.2.2 та 3.2.3.